【摘要】：近場超聲懸浮技術(shù)是非接觸懸浮技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的又一新高度,其領(lǐng)域的涉及面廣泛,包括生物、化學(xué)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械及微機(jī)電系統(tǒng)等。由于傳統(tǒng)的接觸式傳輸平臺在往返多次運(yùn)輸載有重要信息的半導(dǎo)體芯片時(shí),極易損壞其表面造成信息屬性的嚴(yán)重缺失,滿足不了人們對信息化水平不斷提高的需求,因此近場超聲懸浮技術(shù)在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展顯得尤為重要。本文通過理論模型計(jì)算與有限元分析對比設(shè)計(jì)近場超聲懸浮系統(tǒng)各重要組成構(gòu)件的尺寸及形狀,在順利搭建完成懸浮實(shí)驗(yàn)臺后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,分析提高近場懸浮特性的方法。隨后,在懸浮實(shí)驗(yàn)平臺基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了對近場超聲傳輸系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)及特性研究。主要內(nèi)容如下:根據(jù)系統(tǒng)需要輸入的工作頻率及功率選擇超聲波發(fā)生器型號。介紹超聲波換能器的分類,并通過動(dòng)力學(xué)方程、振速方程及邊界條件求解夾心型換能器的尺寸。研究不同類型超聲波變幅桿的計(jì)算模型并完成本實(shí)驗(yàn)中變幅桿種類及尺寸的確定。選擇激勵(lì)圓盤作為超聲波工具頭,參考彎曲自由振動(dòng)圓盤的計(jì)算模型確定大小合適的尺寸。將設(shè)計(jì)好的構(gòu)件組成懸浮系統(tǒng)物理模型,經(jīng)有限元分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。搭建近場超聲懸浮實(shí)驗(yàn)平臺,通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器輸出參數(shù)得到不同類型激勵(lì)圓盤的振幅,通過多點(diǎn)振幅測量獲得模態(tài),對比有限元分析出的工作頻率及振幅分布發(fā)現(xiàn)結(jié)果相似。在懸浮高度特性研究中,提出了一種考慮慣性力在內(nèi)的近場超聲懸浮高度的計(jì)算模型,并通過有限差分法求解方程,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比良好。利用Labview軟件識別激勵(lì)圓盤的運(yùn)動(dòng)軌跡,結(jié)果表明截面為梯形的激勵(lì)圓盤穩(wěn)定性優(yōu)于截面為矩形的激勵(lì)圓盤。在此基礎(chǔ)上完成近場超聲傳輸系統(tǒng)平臺的搭建,設(shè)計(jì)合適的匹配電路與吸收端振子連接。通過測量傳輸懸浮板所用時(shí)間和懸浮高度對傳輸基本特性進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)懸浮板底面刻有與行波傳播方向垂直的槽型時(shí),其傳輸特性優(yōu)于同尺寸無槽型的懸浮板。以上研究為近場超聲技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展奠定良好的實(shí)驗(yàn)與理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH702
【圖文】：

在操作過程中不可避免的受到擠壓和碰撞，因此傳統(tǒng)的接觸式操作與運(yùn)輸平臺已逡逑經(jīng)無法滿足在高精度要求下的正常工況，這將極大程度的制約了邋ＭＥＭＳ領(lǐng)域的高逡逑速發(fā)展。隨著芯片尺寸的減小，表面微圖形的復(fù)雜性提高，如圖１．２，傳統(tǒng)的接逡逑觸式傳輸平臺突顯出了各類問題：逡逑１．

在納牛頓范圍的緣故。逡逑聲懸浮技術(shù)的發(fā)現(xiàn)最早可以追溯到１８６６年，德國科學(xué)家孔特在實(shí)驗(yàn)時(shí)首先發(fā)逡逑現(xiàn)了諧振管中的聲波可以懸浮起灰塵顆粒并有向節(jié)點(diǎn)處運(yùn)動(dòng)的趨勢［ｆｉ］。如圖１．４逡逑所示，（ａ）中懸浮的是三個(gè)聚合物小球，（ｂ）為四個(gè)液晶樣品（ｃ）為一個(gè)形狀不逡逑３逡逑

ｌｔ邋ｉ邐逡逑｜邋（ｅ）邋Ａｉｒｃｕｓｉｏｎ邋｜邋ｊ邋（0邋Ｓｔａｎｄｉｎｇ邋ｗａｖｅ邋｜邐｜邋（ａ）邋Ｎｅａｒ邋ｆｉｅｌｄ邋｜逡逑圖１．３非接觸懸浮技術(shù)的種類１３］逡逑１．２非接觸懸浮技術(shù)領(lǐng)域概述逡逑１．２．１非接觸懸浮技術(shù)分類逡逑上文提出了多種非接觸懸浮技術(shù)，有：磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮逡逑及靜電懸浮等。他們都是通過自身特性產(chǎn)生向上的力與物體重力相平衡從＾實(shí)現(xiàn)逡逑了非接觸懸浮。因此，應(yīng)用在ＭＥＭＳ領(lǐng)域中可以有效的避免與芯片表面接蠢而產(chǎn)逡逑生不必要的劃痕以及顆粒狀粉末，這不僅可以提高工作效率還保護(hù)了工作壞境的逡逑潔凈度，同時(shí)還避免因接觸而產(chǎn)生的工作噪聲。逡逑磁懸浮技術(shù)（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ）簡稱ＥＭＬ技術(shù)，最常見的應(yīng)用形逡逑式是磁懸浮列車，利用“同性相斥，異性相吸”的原理使車體完全脫離軌道，懸逡逑浮在距離軌道１厘米處［＇世界上第一條磁懸浮列車示范運(yùn)營線位于我國上海浦逡逑東龍陽路站到浦東國際機(jī)場。三十公里的運(yùn)營時(shí)間只需八分鐘，可見懸浮技術(shù)對逡逑于一個(gè)國家運(yùn)輸業(yè)的重大意義。磁懸浮列車有很多優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行速度快、無噪聲、逡逑無污染。但由于沒有車輪

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李錦;近場超聲非接觸支撐與傳輸系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王挺;考慮慣性的氣體擠壓膜的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

本文編號：2802194